2017 Fiscal Year Annual Research Report
Mid-infrared exciton control based on low-dimensional image charge effects in narrow-gap semiconductors
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15K13348
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
鈴木 寿一 北陸先端科学技術大学院大学, ナノマテリアルテクノロジーセンター, 教授 (80362028)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 混合酸化物 / 固定電荷 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
誘電率とエネルギーギャップを組成によって系統的に制御することが可能な絶縁体である混合酸化物AlTiOについて、原子層堆積によって得られた薄膜において意図せず発生する膜内固定電荷に関する検討を行った。
原子層堆積におけるサイクル数によって組成と膜厚を精密に制御したAlTiOゲート絶縁膜を有する金属-絶縁体-半導体デバイスを作製し、その閾値電圧の絶縁膜厚依存性を系統的に調べることで、膜内固定電荷についての知見を得ることを試みた。半導体として窒化物を用いたデバイスについて調べた結果、閾値電圧は絶縁膜厚に線形に依存することがわかった。このことから、半導体との界面近傍に存在する正の固定電荷が支配的であることが明らかとなった。この正の固定電荷の密度は、AlTiO中のAl組成が高いほど高く、Ti組成の増加とともに減少する。また、電子トラップをもたらす界面準位密度をコンダクタンス法で調べたところ、固定電荷密度と界面準位密度の間には明確な相関が存在しないことがわかった。現段階では、正の固定電荷の起源は明確になっていないが、酸化物中の酸素欠損に由来するドナーがイオン化したものである可能性が示唆された。このことを仮定すると、上記の組成依存性は、Ti組成の増加とともに酸素欠損に由来するドナーの生成確率が低下することを意味しており、Ti-OおよびAl-Oの結合エネルギーの差異から説明できる。
また、このような酸化膜中の固定電荷をふまえたデバイス閾値電圧制御を検討した。
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